È ampiamente accettato che l'interno della Terra sia composto da diversi strati: la crosta, il mantello e il nucleo. Poiché la crosta è facilmente accessibile, gli scienziati sono stati in grado di eseguire esperimenti pratici per determinarne la composizione; gli studi sul mantello e sul nucleo più distanti hanno campioni di opportunità più limitate, quindi gli scienziati si affidano anche alle analisi delle onde sismiche e della gravità, oltre che agli studi magnetici.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Gli scienziati possono analizzare direttamente la crosta terrestre, ma si affidano ad analisi sismiche e magnetiche per studiare l'interno della Terra.
Esperimenti di laboratorio su rocce e minerali
Dove la crosta è stata perturbata è facile vedere strati di materiali diversi che si sono depositati e compattati. Gli scienziati riconoscono i modelli in queste rocce e sedimenti e possono valutare la composizione delle rocce e altri campioni prelevati da diverse profondità della Terra durante scavi di routine e studi geologici nel laboratorio. Il Centro di ricerca sul nucleo dell'indagine geologica degli Stati Uniti ha trascorso gli ultimi 40 anni accumulando un nucleo di roccia e un deposito di talee e rendendo questi campioni disponibili per lo studio. I nuclei di roccia, che sono sezioni cilindriche portate in superficie, e i tagli (particelle simili alla sabbia) vengono conservati per una potenziale nuova analisi poiché il miglioramento della tecnologia consente uno studio più approfondito. Oltre alle analisi visive e chimiche, gli scienziati cercano anche di simulare le condizioni in profondità sotto la crosta terrestre riscaldando e schiacciando i campioni per vedere come si comportano in quelle condizioni. Ulteriori informazioni sulla composizione della Terra provengono dallo studio dei meteoriti, che forniscono informazioni sulla probabile origine del nostro sistema solare.
Misurazione delle onde sismiche
È impossibile perforare al centro della terra, quindi gli scienziati si affidano a osservazioni indirette della materia che giace sotto la superficie attraverso l'uso delle onde sismiche e la loro conoscenza di come queste onde viaggiano durante e dopo terremoto. La velocità delle onde sismiche è influenzata dalle proprietà del materiale attraversato dalle onde; la rigidità del materiale influisce sulla velocità di queste onde. Misurare il tempo impiegato da alcune onde per raggiungere un sismometro dopo un terremoto può indicare proprietà specifiche dei materiali incontrati dalle onde. Quando un'onda incontra uno strato con una composizione diversa, cambierà direzione e/o velocità. Esistono due tipi di onde sismiche: onde P, o onde di pressione, che attraversano sia liquidi che solidi, e onde S, o onde di taglio che attraversano solidi ma non liquidi. Le onde P sono le più veloci delle due e il divario tra di esse fornisce una stima della distanza dal terremoto. Gli studi sismici del 1906 indicano che il nucleo esterno è liquido e il nucleo interno è solido.
Prove magnetiche e gravitazionali
La Terra possiede un campo magnetico, che può essere dovuto a un magnete permanente o a molecole ionizzate che si muovono in un mezzo liquido all'interno della Terra. Un magnete permanente non potrebbe esistere alle alte temperature che si trovano al centro della Terra, quindi gli scienziati hanno concluso che il nucleo è liquido.
La Terra possiede anche un campo gravitazionale. Isaac Newton ha dato un nome al concetto di gravità e ha scoperto che la gravità è influenzata dalla densità. Fu il primo a calcolare la massa della terra. Usando le misurazioni della gravità in combinazione con la massa terrestre, gli scienziati hanno determinato che l'interno della Terra deve essere più denso della crosta. Confrontando la densità delle rocce di 3 grammi per centimetro cubo e la densità dei metalli di 10 grammi per centimetro cubo con quella della Terra una densità media di 5 grammi per centimetro cubo ha permesso agli scienziati di determinare che il centro della Terra contiene metallo.